(57)【要約】【課題】本発明の目的は、色が落ちたり褪せたりしない半永久的な圧電素子の発色方法、及びその方法によって発色された圧電素子を提供すること。【解決手段】  圧電体層３の厚さを変更することにより反射光の干渉状態を変化させ、表面の発現色を変えた圧電素子Ａの発色方法。  そして、圧電体層３の表面に透明の第一電極層４が形成され、裏面に第二電極層２が形成されている。  第二電極層２に更に基板１が設けられ、または、第一電極層４に透明の基板１Ａが設けられている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層の厚さを変更することにより反射光の干渉状態を変化させ、表面の発現色を変えたことを特徴とする圧電素子の発色方法。
【請求項２】
圧電体層の表面に透明の第一電極層が形成され、裏面に第二電極層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の発色方法。
【請求項３】
第二電極層に更に基板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の発色方法。
【請求項４】
第一電極層に透明の基板が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の圧電素子の発色方法。
【請求項５】
圧電体層が窒化アルミニウム又は酸化亜鉛よりなることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の発色方法。
【請求項６】
第一電極層が、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯ、ＩＺＯ、又はＺｎＯ：Ａｌであることを特徴とする請求項２に記載の圧電素子の発色方法。
【請求項７】
圧電体層が窒化アルミニウムよりなり、第二電極層が白金又はアルミニウム、銀、又は銅よりなることを特徴とする請求項３に記載の圧電素子の発色方法。
【請求項８】
圧電体層の層厚が、５０ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の圧電素子の発色方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の圧電素子の発色方法を用いた圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から視認可能な色を発色する圧電素子に関する。
更に詳しくは、圧電体層の厚さを変更することにより反射光の干渉状態を変更し、表面の発現色を変えることができる圧電素子の発色方法、及びその方法によって発色された圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子の装飾用や識別標識用として有彩色の文字や図形が印刷された保護フィルムを圧電素子表面に貼り付けたものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
しかしながら、保護フィルムを貼り付けたものは、貼った保護フィルムが熱を受けて剥がれたり、或いは経時的に剥がれてしまう欠点がある。
【０００３】
また保護フィルムを貼り付けなければならないため、製造上、部品点数が増えること、更には製造ラインにおいてフィルムを貼着するための工程が必要になること、等の幾つかの問題点がある。
そのために、結果的に、余分な設備やスペースが必要となりコストが嵩むこととなる。
一方、圧電素子に直接、塗料をコーティングしたりする方法もあるが、この方法もやはり保護フィルムを貼り付けるのと同じ、経時的な色落ち等の問題を抱えるものである。
【０００４】
【非特許文献１】株式会社東京センサ、［平成１７年３月８日検索］、インターネット<URL:http://www.t-sensor.co.jp/PIEZO/LDT/index.html>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる背景技術をもとになされたもので、上記の問題点を克服することができるものである。
すなわち、本発明は、色が落ちたり褪せたりしない半永久的な圧電素子の発色方法、及びその方法によって発色された圧電素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かくして、本発明者は、このような課題背景に対して鋭意研究を重ねた結果、圧電体層の厚さを変更することにより反射光の干渉状態を変化させ、貼着やコーティングによらない表面の発現色を変えることがきる点を見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、（１）、圧電体層の厚さを変更することにより反射光の干渉状態を変化させ、表面の発現色を変えた圧電素子の発色方法に存する。
【０００８】
また、本発明は、（２）、圧電体層の表面に透明の第一電極層が形成され、裏面に第二電極層が形成されている上記（１）に記載の圧電素子の発色方法に存する。
【０００９】
また、本発明は、（３）、第二電極層に更に基板が設けられている上記（１）に記載の圧電素子の発色方法に存する。
【００１０】
また、本発明は、（４）、第一電極層に透明の基板が設けられている上記（２）に記載の圧電素子の発色方法に存する。
【００１１】
また、本発明は、（５）、圧電体層が窒化アルミニウム又は酸化亜鉛よりなる上記（１）に記載の圧電素子の発色方法に存する。
【００１２】
また、本発明は、（６）、第一電極層が、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯ、ＩＺＯ、又はＺｎＯ：Ａｌである上記（２）に記載の圧電素子の発色方法に存する。
【００１３】
また、本発明は、（７）、圧電体層が窒化アルミニウムよりなり、第二電極層が白金又はアルミニウム、銀、又は銅よりなる上記（３）に記載の圧電素子の発色方法に存する。
【００１４】
また、本発明は、（８）、圧電体層の層厚が、５０ｎｍ〜１０００ｎｍである上記（６）に記載の圧電素子の発色方法に存する。
【００１５】
また、本発明は、（９）、上記（１）から（８）のいずれか１項に記載の圧電素子の発色方法を用いた圧電素子に存する。
【００１６】
本発明の目的に添ったものであれば、上記（１）から（９）を適宜組み合わせた構成も採用可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、圧電体層の厚さを変更することにより反射光の干渉状態を変化させるために、表面に種々の発色を与えることがきる。
従って、従来のように発色のための貼着工程やコーティング工程を必要とせず、結果的にコストが低減される。
【００１８】
可視域の波長を吸収せず純粋に反射光の干渉によってのみ視認される色が変化する窒化アルミニウムを用いることができる。
窒化アルミニウムを実際に用いると、数十ｎｍの厚さの変化により視認される色が明確に変化する上、見る角度を多少変えてもあまり色が変化しないため、好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の圧電素子の発色方法の実施形態に用いる圧電素子に必要な構成要素を示している。なお、図は、説明としての図であり、以下の図に示す各層の厚さは実際の比率を示しているものではない。
この圧電素子Ａは、基板１、その上に第二電極層である下部電極２、その上に圧電体層３、及びその上に第一電極層である上部電極４を含む。
基板１は、下部電極２、圧電体層３及び上部電極４を支持する機能を有するものであり、その機能を有する限り材質や厚さは特に限定されるものではないが、金属基板、ガラス基板、樹脂基板及びシリコンウェハ等を例として挙げることができる。
基板１の厚さは、下部電極２、圧電体層３及び上部電極４を損傷することなく支持すべく、基板１が容易には変形しない程度の厚さが採用され、例えば、０．０５ｍｍ〜１ｍｍの範囲とするのが好ましい。
【００２０】
ガラス基板の材質としては、ソーダガラス、カリガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス及び石英ガラス等を用いることができる。
樹脂基板の材質としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッカビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のうちの少なくとも１種類を含むようにすると良い。
【００２１】
下部電極２の材質としては、導電性を有すれば良く、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、銅、チタン、タングステン、シリコン、マグネシウム、亜鉛、スズ、モリブデン、ニオブ、ジルコニア、白金、金、銀、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、イットリウム、ステンレス、黄銅又は青銅のうち少なくとも１種類を含むようにすると良い。
特に、優れた導電性や入手容易性の観点から、白金、アルミニウム、銀、銅等が好ましい。
また、下部電極２の厚さは、１０ｎｍ〜１００μｍの範囲が採用される。
１０ｎｍ以上としたのはそれより小さいと、電極としての機能を十分に発揮することができなくなるからであり、１００μｍ以下としたのは、それを超えると、不必要に厚くなり材料が無駄になるからである。
【００２２】
圧電体層３の材質としては、可視光を透過し且つ圧電性を有するものであれば特に限定されない。
なお、光透過性は、圧電体層３を箔状に薄くすることで確保可能である。
ここで圧電性を有する材質の一例を挙げると、ペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）の複合酸化物が挙げられる。
Ａサイトとしては通常、Ｐｂ，Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｂｉの中から選択される少なくとも１種類の元素が採用される。
【００２３】
ＢサイトとしてはＴｉ，Ｚｒ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｔａ，Ｆｅの中から選択される少なくとも１種類の元素が採用される。
具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸タンタル、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸バリウムのうち少なくとも１種類を主成分として含むようにすると良い。
【００２４】
また、圧電体層３は上述した材料とは異なり、ウルツ鉱型構造の化合物を主成分とする材料としても良い。
ウルツ鉱型構造の化合物としては具体的には窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛又はヨウ化銀等があり、これらの中から１種類以上を主成分とすれば良い。
【００２５】
ウルツ鉱型構造の化合物としては、特に、窒化アルミニウムが好ましい。
窒化アルミニウムは、１２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲では、数十ｎｍの厚さの相違で視認される色が大きく異なる性質を有し、且つ見る角度を多少変更してもあまり色が変化しない性質を有するからである。
この性質を利用すべく窒化アルミニウムを用いると、肉眼で認識できない程度の僅かな厚さの相違のみ、すなわち実質的に同一の形状でありながら圧電素子の種類を色により識別することができる。
【００２６】
圧電体層３の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法及びＭＯＣＶＤ法等が知られており、その中から好ましいものを適宜選択すると良い。
因みに、上下の電極についても、同様な形成方法の中から好ましいものを選択して層を形成する。
なお、圧電体層３は、厚さを０．１μｍ〜１００μｍとし、この範囲で色による識別性を確保することが好ましい。
０．１μｍ未満では圧電センサとして用いた場合に十分な出力が得られにくく、逆に１００μｍを超えるとクラックや剥離が発生し易くなるからである。
【００２７】
さて上部電極４の材質としては、導電性を備え、且つ圧電体層３の発現色を視認可能なように透明性を有するもの、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＦＴＯ（フッ素錫酸化物）、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）又はＺｎＯ：Ａｌ等を用いることができる。上部電極４の厚さは、透明性を確保できるものあれば、前述した下部電極２と同様に、その材質や厚み等を考えればよい。
【００２８】
以下、図２を用いて、視認される色が変化する原理について説明する。なお、この図では、原理の説明を容易にするために上部電極４の上面における光の反射は考慮しないものとする。
圧電素子Ａに入射する入射光Ｌ（１）〜Ｌ（ｋ）（なお、Ｌ（ｋ−２）〜Ｌ（ｋ）までを図示）は、物体同士の境界面（圧電体層３の上下面）で幾度にも渡り分光するので、視認される反射光ＬＲは、これら入射光Ｌ（１）〜Ｌ（ｋ）の一部同士を合成した光となる。
光は、横波の性質を有すると共に縦波の性質をも有し、また圧電体層３の厚さを変化させると、入射光Ｌ（１）〜Ｌ（ｋ）の一部同士が合成する場合の位相が変化する。
【００２９】
この位相の変化とは、光の波長毎に異なるので、同じ厚さであってもある波長の光は強まり、ある光の波長は弱まることになる。なお、見る角度を変えると、圧電体層３内の光路長が変化するが、窒化アルミニウムの厚さが数百ｎｍ程度であれば、多少見る角度を変更しても光の波長に対する光路長の変化は僅かなものであり、殆ど色が変化しない。
すなわち、真上から見ようとする意識が視認者にある限り、的確に色を確認することができる。
【００３０】
上述した実施形態では、圧電体層３の厚さを変更することにより反射光ＬＲの干渉状態を変化させるようにしたため、圧電素子Ａの表面の発現色を変えることができる。
圧電素子自体が発色するために、装飾した色が落ちることがなく、半永久的である。
【００３１】
以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることはいうまでもない。
圧電素子の圧電体層の厚みは、１２０ｎｍ〜５００ｎｍに限らず、本発明の原理による発色が可能である限り、その材料を選ぶことで、その以外の厚みも採用可能である。
【００３２】
以下、実施例を挙げて説明するが、本発明は、当然、この実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３３】
図３は、本発明の圧電素子の発色方法に用いる圧電素子の具体例を説明している。
この圧電素子Ａは、基板としてステンレスの基板１（厚さ１００μｍ）が採用されており、この基板１上には、白金製の下部電極２（厚さ０．１μｍ）が形成されている。
またこの下部電極２の上には、窒化アルミニウム製の圧電体層３が形成されており、この圧電体層３の上には、透明の上部電極４（厚さ０．１μｍ）が形成されている。
上部電極４の材質としては、ここではＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、すなわちインジウム錫酸化物を用いた。
図４は、上部電極４の上に極めて透明なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂性製の基板１Ａを形成している例である。
透明度の高い材料としては、先述した基板の材質の中から適宜選択すればよい。
この場合、圧電体層３の色が透明な上部電極４及び基板１Ａを介して視認できるものとなっている。
【００３４】
以上のような圧電素子Ａを用いて、圧電体層３の厚さを変更し、その表面の色を観察した。
図５はその圧電体層３の厚さを変えた場合の実際の色を示す写真である。まず圧電体層３の厚さを１２５ｎｍとして、圧電素子Ａを上方から見た場合、青みがかった淡い色であった。
１５０ｎｍの場合は淡い黄色、１７５ｎｍの場合は黄色、２００ｎｍの場合は橙色、２２５ｎｍの場合は桃色、２５０ｎｍの場合は水色、２７５ｎｍの場合は青緑色、３００ｎｍの場合は渋い黄緑色、４００ｎｍの場合は茶色と灰色との中間色であった。
すなわち、僅か２５ｎｍの層厚の変化によっても、明確に発現色の相違が視認できた。
【００３５】
さて  圧電素子Ａを具体的に適用する例としては、ＡＴＭやタッチパネル用圧電スイッチ等に広く適用できる。
図６は、圧電素子Ａをマイクロホンに適用した実施例を示している。このマイクロホン６は、長尺の丸棒状の把持部７と、この把持部７の先端に設けられたヘッド部８とを有している。ヘッド部８には、球状の網目状カバーが設けられおり、この網目状カバーの通穴から内部の装備されている圧電素子Ａを視認することができる。
そのために指向性がある圧電素子Ａに向かって発声することで効率良く受音することができる。
【００３６】
圧電素子Ａに唾液等が付着しても、従来のように、フィルムの貼着や塗料のコーティングと異なって、色褪せや色落ちが防止される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、圧電体層の厚さを変更することにより反射光の干渉状態を変更し、表面の発現色を変えることができる圧電素子に関するものであるが、その原理を利用する限り、装飾用や識別標識用以外にも当然適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の圧電素子の発色方法を実施するための最良の形態に用いる圧電素子の要素を示す説明図である。
【図２】図２は、視認される反射光の色が圧電体層の厚さにより変化することの原理を示す説明図である。
【図３】図３は、本発明の圧電素子の発色方法に用いる圧電素子の一例を示す説明図である。
【図４】図４は、本発明の圧電素子の発色方法に用いる圧電素子の別の例を示す説明図である。
【図５】図５は、その圧電体層の厚さを替えた場合の実際の色を示す写真である。
【図６】図６は、図１の圧電素子を備えたマイクを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  基板
１Ａ  基板  
２  下部電極（第二電極層）
３  圧電体層
４  上部電極（第一電極層）
６  マイクロホン
７  把持部
８  ヘッド部
Ａ  圧電素子
Ｌ（１）〜Ｌ（ｋ）
ＬＲ  反射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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